[논문]식품산업 분야에서의 2세대 전자코의 응용과 활용가능성

이수진; 노봉수

doi:10.23093/fsi.2017.50.4.50

식품산업 분야에서의 2세대 전자코의 응용과 활용가능성
Application of the second generation of electronic nose and its useful possibility in food industry 원문보기

식품과학과 산업 = Food science and industry, v.50 no.4, 2017년, pp.50 - 64

이수진 (서울여자대학교 식품공학과) , 노봉수 (서울여자대학교 식품공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Applications of the second generation of electronic nose in various field such as new food product development, slight rancidity during induction period, classification of similar products, discovery of odor, and odor reduction were reviewed. The possibilities of using electronic noses in areas that are difficult to analyze so far would be done in the future. It is believed that the utility value is expanded not only in the food industry but also in other areas.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

이제까지 활용되어 왔던 metal oxide 센서나 conducting polymer 센서를 토대로 한 1세대 전자코시스템을 한 단계 발전된 2세대 전자코는 가스 크로마토그래피 시스템(GC)나 질량 분석기(MS)를 바탕으로 하는 전자코시스템을 말한다. 본 논문의 목적은 최근 그 활용도가 확대되고 있는 2세대 전자 코가 어떤 특성을 가지고 있으며 그것들이 어떻게 여러 응용분야에 활용되었는지에 대하여 살펴보고자 한다.
여기서는 신제품개발에서의 응용가치, 유도기간에서의 미미한 산패, 유사제품의 구분, 우리가 구분하기 힘든 이취의 발견과 개선을 위한 시도 등을 살펴보았다. 이제까지 분석하기 어려운 부분이나 우리가 미처 시도하지 못한 영역에서의 2세대 전자코의 활용 가능성이 여러 가지 새로운 의미를 제시해 주고 있다.
4에서 보는 바와 같이 이취 저감화 효과가 어느 정도 이루어졌는지 혹은 어느 정도 타켓제품의 향미에 근접이 되어가고 있는지를 평가하는 방법이다. 우리가 구분하기 힘든 상황에서 이취를 검출한다거나 그러한 발견으로부터 어떻게 이취문제를 개선해 나갈 수 있는지를 제시해 주고 있다고 여겨진다. 전체적인 향미의 패턴으로 분석하였지만 이를 보다 객관적인 수치로 표현할 수도 있겠는데 현재 다양한 접근 방법을 사용하여 이러한 문제들을 풀어 나가려는 노력들을 하고 있다.

제안 방법

신제품 개발시 타켓이 되는 제품과의 비교할 때 타켓이 되는 제품이 갖고 있는 향기 패턴과 개발하고자 하는 제품의 향기 패턴을 비교하면서 배합비를 바꾸거나 공정의 조건을 변화하거나 하면서 만들어진 제품의 향기 패턴을 비교하게 된다. 이 과정에서 제품 개발에서 부딪히는 어려움 중 하나가 과연 우리가 개발한 제품이 경쟁제품과는 어떤 정도의 차이가 나며 또는 근접이 이루어졌는가를 정확히 예측하기가 어렵다는 점이다.
여기서 얻어진 정보들은 주로 다변량통계분석을 통하여 패턴분석이 이루어지는데 전자코 분석에 많이 활용되는 통계방법은 판별함수분석법(discriminant function analysis, DFA)이다. 전자코의 각각의 channel에서 얻어진 감응도 값은 matrix형태로 기록되었으며 휘발성 냄새성분으로부터 생성되는 10-200 amu의 ion fragment 중, 시료간의 차별성 (discriminant power 값)이 높은 20-30개의 fragment (m/z)를 독립변수로 선택하여 판별함수분석을 실시하였고 종속변수에 영향을 주는 독립변수를 검정하였다.
제주도의 도시개발공사에서 제조한 제스피 맥주의 경우 이런 과정을 거쳐 2차 시제품은 초기에 비하여 더욱 개선되었으며 몇 차레의 새로운 시도를 통해서 수입맥주의 품질에 근접하는 맥주를 제조하였다(Fig. 1, (34))

성능/효과

뿐만 아니라 국내에서도 많은 형태의 센서를 만들어 이를 이용한 전자코시스템을 제조(26-31) 하였으나 이들은 센서의 재현성면에서 기능이 떨어지는 이쉬움이 남아 있었다. 상품화된 전자코의 경우 대략 천 여개 센서를 구입하여 이 중에서 재현성이 좋은 30개 정도를 선발하여 전자코시스템을 구축하는데 활용되어 상품화되고 나머지 센서는 모두 폐기처분하다 보니 실험실 레벨에서 구축한 전자코시스템과 비교하여 재현성에서 우위를 차지하는 것으로 나타났다. 그러다 보니 센서가격에서 경쟁력이 있는 제품이 아니고서는 실험실 레벨에서 구축한 전자코시스템의 분석 능력은 상대적으로 떨어진다고 볼 수 밖에 없다.
예를 들면 전자코 장비와 함께 전자혀나 전자눈 혹은 그 외의 장비들을 함께 사용하여 정확도를 높여 나가는 방법들을 시도하여 좋은 성과를 보여주고 있다. 커피의 원산지(80), 민물돔 틸라피아 (81), 올리브유의 품질(82,83), 이탈리아 체리의 원산지(84), 블랙티 등급(85), 동물성 원료의 유무판단(86), 포도주의 품질(87)에서 보는 바와 같이 전자코를 단독으로 활용하는 것보다도 전자혀나 전자눈을 함께 사용하는 경우에 훨씬 더 판별효과가 높아지는 것으로 나타나 전자코분석 결과에서 미진한 부분의 인자를 다른 기기의 분석결과가 보충해 주는 효과를 가져오는 것으로 나타났다. 전자코 분석에서 큰 의미가 없다고 생각된 인자들이 전자혀나 전자눈에서는 매우 중요한 인자로 작용하여 이 결과를 전자코 결과와 함께 통계프로그램을 돌리는 경우 차별성이 더욱 뚜렷하게 구분되어졌던 것이다.

후속연구

그러나 모델시스템에서 제한적인 상태에서 여러 물질이 함께 존재하지 않는 경우에는 정량수준으로 ppb까지 분석이 가능하다. 그런 측면에서 본다면 GC를 바탕으로한 전자코 시스템과 함께 활용하여 여기서 관여하는 이취 물질이 어떤 물질에 해당하는 물질인지 동정을 추적하는 연구가 뒤따랐으면 한다.
뿐만 아니라 관능검사를 통해서 얻어진 데이터가 전자코나 전자혀의 분석에 의해서 얻어진 데이터를 보정해줄 수 있고 인공신경망이나 VaporPrint^TM 이미지 프로그램과 같은 것들이 함께 접목이 되면 보다 정확도가 높아진 품질 정보를 얻을 수 있을 것 이다(Fig. 6).
이를 위해서는 뇌의 활성화 지도를 만들고 이를 토대로 뇌의 활성화 부위와 후각, 미각 신호와의 관계를 해석할 수 있어야 한다. 이와 함께 식품 뿐만 아니라 다양한 물질에 대한 성분분석과 관능 평가가 동시에 이루어져 다양한 성분이 혼합되어 있을 때 인지되는 후각, 미각간의 비교를 통해 객관적인 평가 기준을 마련할 수 있을 것이다.
고시히카리 품종의 경우 일본산과 국내산 쌀품종에서도 DNA유전자 분석으로는 판별하지 못하였으나 inside needle direct extraction 방법으로 농축 효과를 높혀서 원산지를 판별하였는데(44) 전처리 과정은 아니지만 needle 안에 농축을 시키는 방법으로 분리를 가능하게 하였다. 이와같은 방법을 도입 함으로써 극미량의 시료에 대한 추적은 다양한 분석방법에서 그 활용이 가능할 것으로 보인다.
아직은 초기 단계라서 이와 관련된 연구결과가 보다 더 많이 이루어져야 하겠지만 현시점에서는 매우 고무적인 일이다. 향후 다양한 애완동물의 사료를 개발하는데 있어 여러 종류의 애완동물이 좋아하는 향미를 찾아 줄 수 있다는 측면에서 사료제품에서의 전자코와 전자혀의 활용도가 높아질 것으로 보인다.
향후 이러한 모델은 건강진단 시스템과도 연결되어 각종 검사의 초기단계를 1차로 선별하는데 전자코를 이용하여 활용해 나갈 수 있을 것이다. 현재로선 다양한 임상단계에서 일반인의 건강상태를 체크할 수 있으며 이러한 정보가 담당 주치 의사에게 보내진다면 초기단계에서 질환에 의한 피해를 최소화할 수 있을 것이고 나아가 건강관리 차원에서 그 활용를 넓혀나갈 수 있겠다.
그럼에도 이러한 문제를 극복한 시스템들이 여러 종류의 소프트웨어가 소개됨으로써 일부분 해결이 되었고 또 다른 분석 방법과의 비교과정을 통해 상호 연관성을 발견하기도 하면서 우리가 그동안 모르고 있었던 부분들에 대한 해석의 실마리를 풀어 주고 있다. 향후 이런 분석기기간의 협력과 다양한 소프트웨어 프로그램을 통해 간편하고 판단하기가 용이한 전자코 시스템이 다양한 분야에서 그 활용가능성을 높여 나가리라 기대하며 앞으로도 다른 분석기기들과의 상호 연관성을 통해 우리가 발견하지 못하고 있는 조그만 차이로 인한 이질성을 어떻게 확대해 나가고 해석해 나아가야 하는지는 앞으로 풀어나가야 할 과제라고 여겨진다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	주관적인 방법인 관능검사의 한계는 무엇인가?	휘발성분을 측정방법으로는 주관적인 방법인 관능검사법과 객관적인 방법인 기계적 분석법으로 크게 나누어 볼 수 있다. 주관적인 방법인 관능검사의 경우 여러 장점에도 불구하고 식중독의 위험이 뒤따르거나 부패된 식품 또는 변질 가능성이 우려되는 식품에서 이취 성분은 관능검사 요원마저도 꺼리는 어려운 점이 있다. 혹여 이취성 분이 매우 적은 양이라 불쾌감을 조성하지는 않는다 하더라도 유해물질일 가능성이 높다고 판단되면 인체를 대상으로 확인 작업에 참여하는 일은 위험을 초래할 수도 있기 때문이다.
	휘발성분 측정방법에는 어떤 것이 있는가?	식품제조 공정과 유통 저장조건에서 여러 가지의 휘발성분이 생성되므로 이들을 분석하고 관리하는 일은 중요하다. 휘발성분을 측정방법으로는 주관적인 방법인 관능검사법과 객관적인 방법인 기계적 분석법으로 크게 나누어 볼 수 있다. 주관적인 방법인 관능검사의 경우 여러 장점에도 불구하고 식중독의 위험이 뒤따르거나 부패된 식품 또는 변질 가능성이 우려되는 식품에서 이취 성분은 관능검사 요원마저도 꺼리는 어려운 점이 있다.
	객관적인 분석 방법의 장점은 무엇인가?	객관적인 분석 방법인 gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS)와 같은 분석방법이 이러한 문제를 부분적으로 대신해 줄 수는 있을 것이다 (1,2). 분석기기 장비를 사용하면 불쾌한 성분이나 유해물질을 밝힐 수 있다는 점 외에도 이들의 종류와 농도까지도 밝힐 수 있으며 많은 시료에 대하여도 높은 재현성을 제공할 수가 있다. 그러나 원하는 성분이외의 다른 물질들을 분리시켜야 하는 전처리 작업이 필요하며 성분의 특징에 따라 그에 합당한 칼럼을 선택해야 하고 또 적절한 분리조건 등을 확립해야 한다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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